мини|десно|300px|Дијаграм цилиндричне ћелије за флотацију са камером и светлом који се користе за анализу слике површине пене. Флотација пене (или само флотација) је процес за селективно одвајање хидрофобних материјала од хидрофилних. Овај процес се користи у индустрији прераде минерала, рециклажи папира и обради отпадних вода. Историјски гледано, први пут је коришћена у рударској индустрији, где је била једна од најважнијих технологија 20. века. Описана је као „најважнија појединачна операција која се користи за издвајање и обогаћивање сулфидних руда”.G J Jameson, "Flotation cell development," in: The AusIMM Annual Conference, Broken Hill, New South Wales, 17–21 May 1992 (The Australasian Institute of Mining and Metallurgy: Melbourne, 1992), 25–31. Развој флотације пене побољшао је издвајање вредних минерала, као што су минерали који садрже бакар и олово. Заједно са механизованим рударством, омогућила је економично добијање вредних метала из руда много нижег квалитета него што је раније било могуће.

Индустрије Флотација се примењује за широк спектар сепарација. Процењује се да се на овај начин годишње преради око милијарду тона материјала.

Прерада минерала мини|Постројење за флотацију за одвајање пластике, Национална лабораторија Аргон мини|десно|Ћелије за флотацију за концентрисање сулфидних минерала бакра и никла, Фалконбриџ, Онтарио. Флотација пене је процес одвајања минерала од јаловине искоришћавањем разлика у њиховој хидрофобности. Разлике у хидрофобности између вредних минерала и отпадне јаловине повећавају се употребом површински активних супстанци и агенаса за квашење. Процес флотације се користи за одвајање великог броја сулфида, карбоната и оксида пре даље прераде. Фосфати и угаљ се такође пречишћавају технологијом флотације. „Криве степена искоришћења” су алати за одмеравање компромиса између производње високог степена концентрата и трошкова. Ове криве упоређују односе степена и искоришћења само за одређени квалитет и брзину улазног материјала.Neethling, S.j., and J.j. Cilliers. "Grade-recovery Curves: A New Approach for Analysis of and Predicting from Plant Data." Minerals Engineering 36-38 (2012): 105-10. Web.

Обрада отпадних вода Показано је да флотација пене уклања микропластику из отпадних вода.

Процес флотације се такође широко користи у постројењима за пречишћавање индустријских отпадних вода, где уклања масти, уља, мазива и суспендоване чврсте материје из отпадних вода. Ове јединице се називају јединице за флотацију раствореним ваздухом (DAF). Посебно, јединице за флотацију раствореним ваздухом се користе за уклањање уља из отпадних вода рафинерија нафте, петрохемијских и хемијских постројења, постројења за прераду природног гаса и сличних индустријских објеката.

Принцип рада Руда која се обрађује меље се у честице (уситњавање). У идеалном случају, појединачни минерали су физички одвојени, што је процес познат као потпуна либерација. Пречник честица се обично креће од 2 до 500 микрометара. За флотацију пене, водена суспензија (каша) млевене руде третира се средством за стварање пене (пениоцем). Пример је натријум етил ксантат као колектор у флотацији галенита (олово-сулфида) ради одвајања од сфалерита (цинк-сулфида). Поларни део анјона ксантата везује се за честице руде, а неполарни угљоводонични део формира хидрофобни слој. Честице се износе на површину воде помоћу мехурића ваздуха. За ефикасно одвајање потребно је око 300 g/t руде. Са повећањем дужине угљоводоничног ланца у ксантатима, повећава се ефикасност хидрофобног деловања, али се селективност према типу руде смањује. Ланац је најкраћи код натријум етил ксантата, што га чини веома селективним према рудама бакра, никла, олова, злата и цинка. У процесу се обично користе водени раствори (10%) са pH = 7–11.Report 5 (1995) p. 13. Ова суспензија (правилније названа пулпа) хидрофобних и хидрофилних честица затим се уводи у резервоаре познате као ћелије за флотацију у које се упушта ваздух како би се створили мехурићи. Хидрофобне честице се везују за мехуриће ваздуха, који се подижу на површину, формирајући пену. Пена се скида са ћелије, чиме се добија концентрат циљаног минерала.

Минерали који не испливају у пену називају се флотацијска јаловина. Ова јаловина може бити подвргнута даљим фазама флотације како би се издвојиле вредне честице које нису испливале први пут. Ово је познато као чишћење (енгл. scavenging). Коначна јаловина након чишћења обично се пумпа за одлагање као рудничко пуњење или у објекте за одлагање јаловине ради дугорочног складиштења.

Флотација се обично одвија у неколико фаза како би се максимизовао степен искоришћења циљаног минерала или минерала и њихова концентрација у концентрату, уз минимизирање утрошка енергије.J. Pease, "Increasing the energy efficiency of grinding". Presented at Crushing and Grinding, Brisbane, September 2007. Accessed 24 May 2013.

Фазе флотације Прва фаза се назива груба флотација, која производи груби концентрат. Циљ је уклањање максималне количине вредног минерала при што већој практичној величини честица. Млевење захтева енергију. Циљ је ослободити довољно јаловине из вредног минерала да би се постигло високо искоришћење. Неки концентратори користе корак претфлотације за уклањање нечистоћа мале густине, попут угљеничне прашине.T. Smith, D. Lin, B. Lacouture and G. Anderson, "Removal of organic carbon with a Jameson Cell at Red Dog Mine", in: Proceedings of the 40th Annual Meeting of the Canadian Mineral Processors, Ottawa, Ontario, 22–24 January 2008. Груби концентрат се обично подвргава даљим фазама флотације ради одбацивања више непожељних минерала који су такође доспели у пену, у процесу познатом као чишћење концентрата. Добијени материјал се често подвргава даљем млевењу (обично се назива домељавање). Домељавање се често врши у специјализованим млиновима за домељавање, као што је ИсаМил (IsaMill). Корак грубе флотације често прати флотациони корак пречишћавања јаловине који се примењује на грубу јаловину ради даљег искоришћавања преосталих циљаних минерала.

Наука о флотацији Да би били ефикасни на датој рудној пулпи, колектори се бирају на основу њиховог селективног квашења типова честица које треба одвојити. Добар колектор ће се адсорбовати, физички или хемијски, на један од типова честица. Активност квашења површински активне супстанце на честици може се у принципу квантификовати мерењем углова квашења на граници течности и мехурића. Још једна важна мера за везивање мехурића за честице је време индукције, односно време потребно да честица и мехурић пробију танак филм који их раздваја. Ово пробијање се постиже површинским силама између честице и мехурића.

Механизми везивања мехурића и честица су сложени, али се сматра да се састоје од три корака: сударање, везивање и одвајање. Судар се постиже тако што се честице нађу унутар ударне цеви мехурића, на шта утичу брзина и полупречник мехурића. Ударна цев одговара региону у којем ће се честица сударити са мехурићем, при чему обим ударне цеви одговара тангенцијалној путањи.

Везивање честице за мехурић контролисано је временом индукције честице и мехурића. Честица и мехурић морају да се споје, што се дешава ако је време контакта честице и мехурића дуже од потребног времена индукције. На ово време индукције утичу вискозност флуида, величина честица и мехурића, као и силе између честица и мехурића.

Одвајање честице и мехурића настаје када силе смицања и гравитационе силе премаше силу коју врши површински напон. Ове силе су сложене и варирају унутар ћелије. Високо смицање биће присутно близу пропелера механичке ћелије за флотацију, док је гравитациона сила доминантна у зони прикупљања и чишћења флотационе колоне.

Значајни проблеми повлачења финих честица настају јер ове честице имају ниску ефикасност сударања, као и због стварања муља и деградације површина честица. Крупне честице показују низак степен искоришћења вредног минерала због ниске либерације и високе ефикасности одвајања.

Опрема за флотацију мини|240px|десно|Дијаграм ћелије за флотацију пене. Нумерисани троуглови показују правац тока. Мешавина руде и воде звана пулпа улази у ћелију из кондиционера и тече до дна ћелије. Ваздух или азот пролази низ вертикални пропелер где силе смицања разбијају ваздушни ток у мале мехуриће. Пена минералног концентрата сакупља се са врха ћелије , док пулпа тече у другу ћелију.

Флотација се може изводити у правоугаоним или цилиндричним механички мешаним ћелијама или резервоарима, флотационим колонама, Џејмисоновим ћелијама или машинама за флотационо уклањање мастила. Класификовано према методи апсорпције ваздуха, може се рећи да су настале две различите групе опреме за флотацију: пнеуматске и механичке машине. Генерално, пнеуматске машине дају концентрат нижег квалитета и стварају мање проблема у раду.

мини|лево|Поређење величина флотационих колона и Џејмисонових ћелија сличног капацитета.

Механичке ћелије користе велики механизам за мешање и дифузор на дну резервоара за мешање како би увели ваздух и обезбедили мешање. Флотационе колоне користе ваздушне распршиваче за увођење ваздуха на дну високе колоне, док се суспензија уводи одозго. Противострујно кретање суспензије која тече надоле и ваздуха који струји нагоре обезбеђује мешање. Механичке ћелије генерално имају већу брзину протока, али производе материјал нижег квалитета, док флотационе колоне генерално имају мању брзину протока, али производе материјал вишег квалитета.

Џејмисонова ћелија не користи ни пропелере ни распршиваче, већ комбинује суспензију са ваздухом у силазној цеви где високо смицање ствара турбулентне услове потребне за контакт мехурића и честица.

Хемикалије за флотацију мини|Пена бакар-сулфида у ћелији за флотацију мини|лево|upright|Калијум етил ксантат је популаран колектор за сулфидне минерале.

Колектори За многе руде (нпр. руде Cu, Mo, W, Ni), колектори су анјонски сумпорни лиганди. Посебно су популарни за сулфидне минерале соли ксантата, укључујући калијум амил ксантат (PAX), калијум изобутил ксантат (PIBX), калијум етил ксантат (KEX), натријум изобутил ксантат (SIBX), натријум изопропил ксантат (SIPX), натријум етил ксантат (SEX). Сродни колектори укључују лиганде на бази сумпора као што су органодитиофосфати. Остале класе колектора укључују тиоуреу и тиокарбанилид. Карбоксилати масних киселина, алкил сулфати и алкил сулфонати се такође користе за оксидне минерале.

За неке минерале (нпр. силвинит за KCl), масни амини се користе као колектори.

Пениоци Адитиви се користе за стабилизацију пене. Ови укључују борово уље и разне алкохоле: метил изобутил карбинол (MIBC), полигликоле, ксиленол (крезилна киселина).

Нестабилна пена би се пребрзо спојила и честице би отпале са њене површине. С друге стране, превише стабилна пена отежава транспорт и одводњавање формираног концентрата.

Депресанти Према једном добављачу, депресанти „повећавају ефикасност процеса флотације селективним инхибирањем интеракције једног минерала са колектором”. Тако се типичан узорак прашкасте руде састоји од многих компоненти, од којих су само једна или неколико циљ за колектор. Депресанти се везују за ове друге компоненте, како се колектор не би трошио на њих. Депресанти се бирају за одређене руде. Типични депресанти су скроб, полифеноли, цеђ и креч. Они су јефтини и обично богати кисеоником.

Модификатори Додају се различита друга једињења како би се оптимизовао процес одвајања; ови адитиви се називају модификатори. Модификујући реагенси реагују или са површинама минерала или са колекторима и другим јонима у флотационој пулпи, што резултира модификованим и контролисаним флотационим одговором. Модификатори pH вредности укључују креч (користи се као живи креч CaO, или чешће као гашени креч, суспензија Ca(OH)2), сода пепео (Na2CO3), каустична сода (NaOH), сумпорна и хлороводонична киселина (H2SO4, HCl). Анјонски модификатори укључују фосфате, силикате и карбонате. Органски модификатори укључују згушњиваче декстрин, скроб, лепак и карбоксиметил целулозу (CMC).

Специфичне примене

Сулфидне руде